WPŁYW CECH PETROLOGICZNYCH NA WŁAśCIWOśCI MECHANICZNE SOLI KAMIENNEJ Z LGOM (LEGNICKO-GŁOGOWSKIEGO OKRęGu MIEdZIOWEGO)
EFFECT OF PETROLOGICAL FEATuRES ON MECHANICAL PROPERTIES OF ROCK SALT FROM THE LGOM (LEGNICA–GŁOGÓW COPPER dISTRICT)
Katarzyna Cyran1, Tomasz Toboła2, Paweł KamińsKi1
Abstract. W pracy podjęto próbę oceny wpływu zawartości i rodzaju domieszek na parametry wytrzymałościowe soli kamiennej z obszaru LGOM (Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego) (rejon szybu SW4). Badania przeprowadzono w trzech etapach: testy wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, analiza ilościowa i jakościowa części nierozpuszczalnych oraz obserwacje mikroskopowe soli i badania ramanowskie. Wyniki badań wykazały, że w przypadku soli kamiennych w niewielkim stopniu zanieczyszczonych (zawartość części nierozpuszczalnych 0,13–2,11% wag.), nie stwierdzono korelacji między zawartością części nierozpuszczalnych w wodzie a parametrami wytrzymałościowymi. Natomiast zauważono, że właściwości wytrzymałościowe zależą od cech petrologicznych skał solnych, takich jak sposób rozmieszczenia zanieczyszczeń oraz obecność inkluzji i węglowodorów na granicach kryształów halitu. Ponadto badania wykazały, że rozmieszczenie anhydrytu w formie otoczek na granicach kryształów halitu może powodować wzrost wytrzymałości skały. Z kolei, występowanie inkluzji fluidalnych i węglowodorów na kontakcie kryształów halitu wpływa na obniżenie wytrzymałości skały solnej.
Słowa kluczowe: parametry wytrzymałościowe, petrologia soli, zawartość części nierozpuszczalnych, inkluzje fluidalne, mikrospektro- skopia ramanowska, materia organiczna.
Abstract. The paper presents the attempt to find a correlation between the content of impurities and mechanical parameters of rock salt from the LGOM. Research was carried out in three steps: uniaxial compressive strength tests, determination of the content of insoluble minerals (impurities), and observations under the microscope and Raman microspectroscopy. The research results reveal that the rock salt which is characterized by low content of insoluble minerals (0.13–2.11% wt.) shows no correlation between the mechanical properties and the content of impurities. However, it was found that mechanical properties depend on both the distribution of impurities in halite crystals and the presence of fluid inclusions and hydrocarbons along the crystal boundaries. Moreover, the distribution of anhydrite at the edges of halite crystals may influence an increase of rock salt strength. On the contrary, the presence of fluid inclusions and hydrocarbons along the halite crystal boundaries may reduce the rock salt strength.
Key words: mechanical parameters, rock salt petrology, content of insoluble minerals, fluid inclusions, Raman microspectroscopy, organic matter.
WStęp Zainteresowanie właściwościami mechanicznymi soli ka- miennej oraz mechanizmem deformacji halitu (Carter, Han- sen, 1983; Drury, Urai, 1990; Carter i in., 1993; Schléder, Urai, 2005, 2007; Berest i in.; 2012; Desbois i in., 2012) jest
związane z problematyką magazynowania m.in. paliw kopal- nych, odpadów, dwutlenku węgla czy innych mediów (Lan- ger, 1993; Hunsche, Hampel, 1999; Perry, 2005; Düsterloh, Lux, 2010) w strukturach solnych. Geneza, skład mineralny,
1 AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; e-mail: kcyran@agh.edu.pl, pkamin@agh.edu.pl.
2 AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków;
e-mail: tob@geolog.geol.agh.edu.pl.
głębokość położenia czy historia geologiczna formacji solono- śnych przyczyniają się do zróżnicowania petrologicznego soli kamiennej. Z kolei, zmienność petrologiczna, w tym zawar- tość, rodzaj i forma występowania domieszek, wpływają na właściwości mechaniczne soli kamiennej (Pouya, 1991; Hun- sche i in., 1996; Popp, Kern, 2000; Popp i in., 2001; Zong i in., 2012; Liang i in., 2012; Jie i in., 2015). Ilościowe i jakościowe zdefiniowanie tej zależności, jak również wpływ domieszek na mechanizm i rodzaj deformacji wymaga dalszych badań.
W pracy podjęto próbę opisania korelacji pomiędzy parametrami wytrzymałościowymi a wykształceniem petrologicznym soli kamiennych. W badaniach wykorzy- stano próbki soli z Legnicko-Głogowskiego Okręgu Mie- dziowego (LGOM) z rejonu szybu SW4. Analizowane sole makroskopowo wykazywały podobne cechy petrologiczne, natomiast pomierzone wartości parametrów wytrzymało- ściowych były zróżnicowane.
Zarys budowy geologicZnej pokładu najstarsZej soli kamiennej w rejonie lgom
Obszar LGOM obejmuje południowo-zachodnią część monokliny przedsudeckiej (fig. 1A) zbudowanej z utworów permu i triasu pokrytych niezgodnie występującymi osadami kenozoicznymi. Utwory permu wykazują wyraźną dwudziel- ność – dolną część stanowią osady terygeniczne czerwone- go spągowca z wkładkami skał wulkanicznych (m.in. Ryka, 1978; Pokorski, Wagner, 1995; Peryt, Oszczepalski, 2007), natomiast górną ewaporaty cechsztynu, które, podobnie jak w pozostałej części basenu sedymentacyjnego, zostały po- dzielone na cztery cyklotemy (Kłapciński, 1964a, b; Szybist, 1976; Peryt, 1981). W rejonie LGOM w pełni są rozwinięte osady cyklotemu PZ1, które zawierają pokład soli kamien- nej (fig. 2). Pozostałe trzy cyklotemy są wykształcone na tym obszarze w facji siarczanowej.
Pokład najstarszej soli kamiennej w rejonie LGOM leży na głębokości 20–120 m nad łupkiem miedzionośnym. Sól występuje (fig. 1B) w rejonie środkowej i północnej czę- ści obszaru kopalni Sieroszowice oraz na północnym skra- ju obszaru kopalń Rudna i Głogów Głęboki-Przemysłowy (Banaszak i in., 2007; Garlicki i in., 2007).
Najstarsza sól kamienna (Na1) tworzy nieregularny, monoklinalnie zapadający pokład o rozciągłości w kie- runku WNW–ESE i zapadaniu pod kątem 3–8° (lokalnie do 15°) ku NE (Banaszak i in., 2007; Garlicki i in., 2007;
Markiewicz, 2007). Monoklinalne zapadanie pokładu jest zaburzone przy powierzchni spągowej, gdzie występują deniwelacje 27–172 m. Strop pokładu soli charakteryzuje mniejsze zróżnicowanie morfologiczne, a deniwelacje sięga-
Fig. 1. lokalizacja obszaru badań (wg dadleza i in., 2000, zmieniony; markiewicza i in., 2002) A – budowa geologiczna, B – granica występowania soli kamiennej
Study area (after Dadlez et al., 2000, modified; Markiewicz et al., 2002) A – geological structure, B – rock salt occurrence area
szyb shaft granica rezerwowych obszarów złożowych boundary of mining reserves area
granica obszarów górniczych
boundary of mining area granica złoża rud boundary of ore deposit granica zasięgu soli najstarszej
boudary of the oldest salt
Radwanice Gaworzyca Bytom Odrzański
Głogów
Retków Głogów
O.G. Rudna
O.G. Polkowice
O.G. Lubin
O.G. Małomice Lubin Głogów
Głęboki O.G. Sieroszowice
SW1 SW3 PZ
RIX
RVI RZ
RVIII LVI LZ
LGLW
PG RG
RVII SW4
Polkowice pole
A pole B
pole C
0 5 10 km
B A
kreda górna Upper Cretaceous trias/ Triassic cechsztyn/ Zechstein czerwony spągowiec/
Rotliegend
starszy paleozoik Older Paleozoik granit/ granite
gnejsy, łupki krystaliczne gneisses, schists
uskoki/ faults
– – –
ją 20 m (Markiewicz, 2007). Zróżnicowanie morfologiczne powierzchni stropu i spągu pokrywa się ze zmianami miąż- szości pokładu, która waha się od 0 na południu do 295,5 m w północno-zachodniej części obszaru LGOM. Na obszarze górniczym Sieroszowice I i Głogów Głęboki-Przemysłowy miąższość pokładu wynosi maksymalnie 186 m (Banaszak i in., 2007; Garlicki i in., 2007; Markiewicz, 2007).
Kontakt najstarszej soli kamiennej z warstwami anhy- drytu dolnego jest ostry i wyraźny, a powierzchnia anhy- drytu jest nachylona średnio pod kątem 3–6°, natomiast sól kamienna od położonego nad nią anhydrytu górnego oddzie- lona jest warstwą brekcji anhydrytowej o średniej miąższo- ści ok. 3 m (Kijewski, 1986).
Najstarsza sól kamienna charakteryzuje się znacznym zróżnicowaniem petrologicznym. Biorąc pod uwagę wie- lość kryształów halitu oraz formy i ilości zanieczyszczeń, wyróżniono siedem typów soli kamiennej (Szybist, 1976).
W złożu najczęściej są spotykane sole średnio- i grubo- krystaliczne, miejscami nierównoziarniste i porfiropodob- ne. W spągowej części pokładu przeważa sól laminowana, średniokrystaliczna, szara masywna, natomiast w środkowej i górnej sól różnokrystaliczna o większej czystości. Zanie- czyszczenia soli stanowią najczęściej anhydryt i substancja ilasta, które występują w formie równomiernie rozproszonej lub w postaci skupień i okruchów zróżnicowanej wielkości i kształtu. W podrzędnych ilościach spotykane są także kal- cyt, tlenki żelaza i kwarc (Szybist, 1976; Kijewski, Salski, 1978; Kijewski, 1986).
Z kolei przewarstwienia w obrębie pokładu najstarszej soli kamiennej tworzą warstwy anhydrytu, którym często towarzyszą brekcje anhydrytowo-solne (Toboła, 2014).
Na podstawie analizy petrograficznej wyróżniono czte- ry typy makroskopowe skał anhydrytowych. W obrazie mikroskopowym stwierdzono występowanie pięciu odmian kryształów różniących się wielkością, kształtem, sposobem ułożenia itp. Opisane zróżnicowanie jest związane z zaan- gażowaniem tektonicznym utworów. Ponadto występowanie brekcji jest efektem tektonicznego mieszania się anhydrytu i soli kamiennej (Toboła, 2014).
Pokład soli najstarszej charakteryzuje się wewnętrzny- mi zaburzeniami tektonicznymi, zmianami kątów upadu, komplikacjami w ułożeniu poszczególnych warstw oraz po- wtarzaniem się tych samych utworów w profilu. Występują
także struktury świadczące o wtórnych zmianach geodyna- micznych pod wpływem naprężeń tektonicznych, np. żyły i gniazda z solą wtórną, kierunkowe ułożenie wydłużonych kryształów (Poborski, 1976; Szybist, 1976; Kijewski, Salski, 1978; Markiewicz, Żelaźniewicz, 1990; Toboła, Markiewicz, 2009). Ponadto, sole laminowane i warstwowane domieszką iłu i anhydrytu są często zafałdowane. Zafałdowania te mają amplitudy od kilku centymetrów do kilku metrów i formy od symetrycznych po obalone (Markiewicz, Mantke, 1990;
Markiewicz i in., 2002). W obrębie soli stwierdzono również spękania tensyjne i ścięciowe, częściej występujące w so- lach zailonych (Markiewicz, Żelaźniewicz, 1990; Markie- wicz, 2007).
Zmienność parametróW WytrZymałościoWych Soli Kamiennej Z polSKich Formacji geologicZnych
Proces deformacji soli składa się z dwóch faz oddzie- lonych granicznym naprężeniem, przy którym pojawia się względny przyrost objętości, nazwany dylatancją. W pierw- szej fazie procesu deformacji objętość próbki stopniowo spada w wyniku kompakcji. Następnie, po fazie deformacji sprężystych, dochodzi do rozwoju mikrospękań i ich pro- pagacji, w wyniku czego objętość próbki zaczyna wzrastać (próg mikrodylatancji). W kolejnym etapie następuje nie-
kontrolowana propagacja spękań (próg makrodylatancji) aż do zniszczenia próbki (Fossum i in., 1993; Hunsche, Ham- pel, 1999; Schulze i in., 2001; Moriya i in., 2006; Liang i in., 2012; Jie i in., 2015). Opisany przebieg deformacji jest charakterystyczny dla wszystkich rodzajów soli, jednak wartość granicy dylatancji różni się dla poszczególnych serii solnych.
Fig. 2. profil litostratygraficzny osadów cechsztynu w rejonie lgom (wg Kłapcińskiego, 1964a)
A1g – anhydryt górny, BrA1 – brekcja iłowo-anhydrytowa, Na1 – sól najstarsza, A1d – anhydryt dolny, Ca1 – wapień cechsztyńskie, T1 – łupek miedzionośny
Lithostratigraphic section of Zechstein sediments in the LGOM area (after Kłapciński, 1964a)
A1g – Upper Anhydrite, BrA1 – clayey-anhydrite breccia, Na1 – Oldest Halite, A1d – Lower Anhydrite, Ca1 – Zechstein Limestone, T1 – Kupferschiefer
[m]
300
200
100
0
A1g BrA1
Na1
A1d Ca1T1g PZ2–PZ4PZ1P1P2T
Charakterystyki odkształceniowo-naprężeniowe dla soli kamiennej ze złóż cechsztyńskich wykazują nieliniowość w prawie całym zakresie naprężeń (Flisiak, 2004, 2008;
Grzybowski i in., 2008). Próg względnego przyrostu obję- tości dla soli kamiennej z formacji cechsztyńskiej pojawia się średnio przy napreżeniach osiowych odpowiadających ok. 20% wartości wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie (Flisiak, 2004; 2008). Poszczególne, zróżnicowane petrolo- gicznie próbki charakteryzują się odmiennymi wartościami granicy dylatancji, np. dla soli z wysadu Mogilno granica dylatancji wahają się między 5,13–43,97% wartości wytrzy- małości (Grzybowski i in., 2008). Z kolei średnią granicę makrodylatancji dla soli kamiennej ze złoża Kłodawa określono na poziomie ok. 55% wytrzymałości. Natomiast wartości dla poszczególnych próbek wahają się między 28,57–73,36% wytrzymałości (Flisiak, Kolano, 2012;
Kolano, Flisiak, 2013). Próg dylatancji dla soli kamiennej z mioceńskiej formacji solonośnej określono na poziomie ok. 35% wartości wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie (Cyran, 2008; Flisiak, Cyran, 2008).
Wartości wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie (Rc) dla soli kamiennej ze złóż formacji cechsztyńskiej wahają się między 25,43–41,43 MPa. Podobnie wartości modułu sprężystości podłużnej (E – moduł Younga), określone w za- kresie liniowości charakterystyk naprężeniowo-odkształ- ceniowych, są zróżnicowane w zakresie 0,77–5,95 MPa (tab. 1). Należy podkreślić, że wartości współczynników odkształcalności podłużnej są wyższe dla soli ze złoża po- kładowego LGOM w porównaniu do wartości określonych dla soli ze złóż wysadowych (tab. 1). Z kolei, wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie dla soli z formacji mioceńskiej kształtuje się na podobnym poziomie jak w przypadku for- macji cechsztyńskiej, przy czym wartości modułu Younga są niższe (tab. 2). Wartości modułu odkształcalności poprzecz- nej (ʋ – liczba Poissona) są bardziej zróżnicowane dla soli z formacji mioceńskiej.
Wszystkie opisane powyżej parametry charakteryzu- je znaczne zróżnicowanie wartości związane z wielkością i ułożeniem kryształów soli, zawartością domieszek, głębo- kością występowania i historią geologiczną.
tabela 1 parametry wytrzymałościowe soli kamiennej ze złóż formacji cechsztyńskiej
(wg Flisiaka, 2004, 2008; grzybowskiego i in., 2008; Kłeczka i Zeljaś, 2012)
Mechanical parameters of Zechstein rock salt (after Flisiak, 2004, 2008; Grzybowski et al., 2008; Kłeczek, Zeljaś, 2012)
Złoże Opis petrologiczny Wytrzymałość na
jednoosiowe ściskanie Rc [MPa]
Moduł Younga E [GPa]
Liczba Poissona
ʋ
Góra
sól biała drobno- i średnioziarnista 33,69 0,87 0,23
sól biała gruboziarnista 28,23 0,77 0,34
sól różowa drobnoziarnista 41,43 1,08 0,28
Dębina sól jasnoszara, średnio- i gruboziarnista 25,43 4,67 0,25
Mogilno sól biała średnioziarnista 26,91 1,42 0,35
sól szara średnio- i gruboziarnista 30,30 1,27 0,32
LGOM
sól drobno i średniokrystaliczna biała
i ciemnoszara 30,78 3,17 0,24
sól gruboziarnista jasnoszara i szara 26,03 1,99 0,28
Sól grubo- i średnioziarnista biała 34,08 5,95 0,25
tabela 2 parametry wytrzymałościowe soli kamiennej ze złóż formacji mioceńskiej wg cyran, 2008; Flisiaka, cyran, 2008)
Mechanical parameters of Miocene rock salt (after Cyran, 2008; Flisiak, Cyran, 2008)
Złoże Opis petrologiczny Wytrzymałość na
jednoosiowe ściskanie Rc [MPa]
Moduł Younga E [GPa]
Liczba Poissona
ʋ
Siedlec
sól średnioziarnista szara i biała 29,69 1,31 0,17
sól średnioziarnista szara 25,93 2,29 0,23
sól kryształowa 23,33 1,63 0,22
sól drobnoziarnista szara i biała 26,22 1,81 0,35
Łężkowice
sól średnioziarnista szara i biała 37,96 2,02 0,15
sól szara od średnio- do gruboziarnistej 33,57 1,14 0,10
sól drobnoziarnista, szara 32,49 0,83 0,30
sól pasiasta drobno- i średnioziarnista 36,36 2,85 0,10
metody badań Ocenę wpływu zawartości i rodzaju domieszek na para-
metry wytrzymałościowe soli kamiennej z obszaru LGOM (rejon szybu SW4) przeprowadzono w następujących eta- pach:
– etap 1 – testy wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, określenie modułów odkształcalności podłużnej i poprzecznej;
– etap 2 – określenie zawartości części nierozpuszczal- nych w próbkach poddanych testom wytrzymałościo- wym w etapie 1;
– etap 3 – obserwacje mikroskopowe i badania ramanowskie.
Próby jednoosiowego ściskania zostały przeprowadzone w maszynie wytrzymałościowej o napędzie hydraulicznym z automatycznym posuwem tłoka i rejestracją siły. Przygo- towano 16 próbek walcowych o wymiarach 5 × 10 cm. Wy- trzymałość na jednoosiowe ściskanie, zgodnie z zaleceniami ISRM – the International Society for Rock Mechanics, okre- ślono na podstawie stosunku maksymalnej siły niszczącej, otrzymanej przy jednoosiowym ściskaniu próbki w prasie, do pola przekroju poprzecznego. Prędkość przyrostu obcią- żenia wynosiła 1 MPa/s.
Próbki soli po badaniach wytrzymałości rozpuszczono w wodzie. Substancje nierozpuszczalne oddzielono z roz- tworu wodnego na sączku membranowym o rozmiarach porów poniżej 0,45 µm. W celu określenia rodzajów i for- my występowania zanieczyszczeń do badań mineralogiczno-
-petrograficznych wytypowano próbki z grup charakteryzu- jących się najwyższymi i najniższymi wartościami wytrzy- małości na ściskanie. W pierwszej kolejności z soli kamien- nych wymienionych grup wycięto prostopadłościany o boku 5 cm. Następnie wykonano preparaty mikroskopowe (płytki cienkie polerowane dwustronnie) o grubości ok. 2 mm. Po- zostałe części prostopadłościanów poddano szlifowaniu i po- lerowaniu, przygotowując do obserwacji z wykorzystaniem lupy binokularnej i do badań ramanowskich. Obserwacje mikroskopowe przeprowadzono przy użyciu lupy binokular- nej MONTIC SMZ168 z powiększeniem od 0,75 do 5 razy oraz mikroskopu polaryzacyjnego do światła przechodzącego BA310 Pol wyposażonego w obiektywy o powiększeniu 4-, 10-, 40- i 60-krotnym.
Badania ramanowskie przeprowadzono na spektrome- trze Thermo ScientificTM DXR używając lasera 532 nm (Nd- -YAG). Ponadto spektrometr był wyposażony w mikroskop konfokalny Olimpus BX51 z obiektywami o powiększe- niu 10-, 50- i 100-krotnym. W przypadku analizy inkluzji organicznych stosowana moc lasera wynosiła 1–2 mW, natomiast dla inkluzji ciekło-gazowych oraz wrostków stałych – 5 mW. Analizę wykonano przy aperturze 25 μm i siatce 900 linii/mm. Średnica skupienia wiązki lasera w punkcie pomiarowym wynosiła ok. 1 μm, a otrzymane widmo ramanowskie charakteryzowało się rozdzielczością ok. 1 cm–1.
WyniKi badań
charaKteryStyKa parametróW WytrZymałościoWych
Do badań wytrzymałościowych wybrano próbki soli kamiennej z przedziału głębokości 1078–1135 m p.p.t. Na podstawie cech makroskopowych skał solnych wydzielono następujące grupy (fig. 3):
1) grupa 1 – sól kamienna białoszara, średnioziarnista, miejscami drobnoziarnista, pojedyncze ziarna z domiesz- ką prawdopodobnie iłowca, widoczne pojedyncze, niere- gularne smugi prawdopodobnie iłowca;
2) grupa 2 – sól kamienna białoszara, średnio- i drobnoziar- nista, pojedyncze ziarna z domieszką prawdopodobnie iłowca;
3) grupa 3 – sól kamienna białoszara, średnioziarnista, miejscami gruboziarnista, pojedyncze ziarna z domiesz- ką prawdopodobnie iłowca;
4) grupa 4 – sól kamienna szara, grubo-, miejscami średnio- ziarnista, widoczne pojedyncze, nieregularnie przebiega- jące smugi prawdopodobnie iłowca.
Badania laboratoryjne wykazały, że najwyższą wartość wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie zarejestrowano dla próbek z grupy czwartej (w przedziale 30,57–33,63 MPa), natomiast najniższą dla soli kamiennej z grupy trzeciej
(16,31–19,38 MPa). Pozostałe grupy (grupa 1 i 2) charak- teryzują się wytrzymałością na podobnym poziomie (20,87–
27,52 MPa).
Wartości modułu Younga, określone w zakresie li- niowości charakterystyk naprężeniowo-odkształcenio- wych, dla badanych próbek wahają się między 3,80–
8,15 GPa. Średnia wartość modułu Younga dla próbek z grupy czwartej jest najwyższa (7,23 GPa), natomiast najniższą wartość odnotowano dla próbek z grupy pierwszej (4,03 GPa). Na zbliżonym poziomie (4,56 GPa) kształtują się wartości modułu Younga dla próbek z grupy trzeciej. Z kolei, wartości liczby Poissona dla badanych próbek, obliczone w zakresie liniowości charakterystyk naprężeniowo-odkształceniowych, zawierają się w zakresie 0,22–0,44. Próg makrodylatancji jest zróżnicowany dla poszczególnych próbek, wynosi 32–57% wartości wytrzymałości na ściskanie (fig. 4).
Ponadto próbki soli z grup trzeciej i czwartej, po przepro- wadzeniu próby wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, charakteryzują się odmiennymi cechami makroskopowymi.
Sole z grupy czwartej nie rozpadły się w wyniku przeprowa- dzenia testu, jakkolwiek są widoczne spękania na granicach kryształów. Próbki z grupy trzeciej uległy natomiast dezin- tegracji.
Zawartość części nierozpuszczalnych we wszystkich badanych próbkach utrzymuje się na podobnym poziomie od 0,13 do 2,11% wag. Najwyższą średnią zawartość czę- ści nierozpuszczalnych zanotowano w grupie czwartej – 1,43% wag., a najniższą w grupie drugiej – 0,58% wag.
Porównując ze sobą powyższe parametry nie stwier- dzono korelacji pomiędzy wartością wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie badanych próbek, a zawartością części nierozpuszczalnych (współczynnik korelacji wyno- si 0,24) (fig. 5). W związku z tym, zróżnicowanie parame- trów wytrzymałościowych badanych soli nie jest lub jedynie w małym stopniu jestzwiązane z ilością zanieczyszczeń.
charaKteryStyKa miKroSKopoWa SKał Solnych o SKrajnych parametrach
WytrZymałościoWych
Badania mikroskopowe próbek soli przeprowadzono dla skał charakteryzujących się najwyższymi (grupa 4) i najniż- szymi (grupa 3) wartościami wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie. Wspólną cechą obu grup soli jest występowanie kryształów anhydrytu o rozmiarach od ok. 0,1 mm do ponad
0,7 mm (fig. 6A) i wykształceniu automorficznym, rzadziej hipautomorficznym. Spotykane są także kryształy o obłych kształtach i rozmiarach około kilkudziesięciu mikromerów (fig. 6B).
Charakterystyczną cechą kryształów anhydrytu, sta- nowiącego główną domieszkę w badanych próbkach, jest obecność na jego powierzchni ciemnobrunatnych skupień (fig. 6A, B). Analiza ramanowska (fig. 6C) wykazała, że brunatne skupienia stanowi substancja organiczna o pew- nym stopniu uporządkowania budowy wewnętrznej (Beys- sac i in., 2002, 2003; Rahl i in., 2005; Aoya i in., 2010;
Lahfid i in., 2010; Kouketsu i in., 2014; Lünsdorf i in., 2014; Lünsdorf, 2016). W widmie ramanowskim pierw- szego rzędu (w zakresie 1000–1800 cm–1) jest widoczne wyraźne, wyższe i węższe pasmo GL (ok. 1600 cm–1) oraz szersze i niższe D1 (ok. 1350 cm–1). Widma są rozdzielone stosunkowo wysokim siodłem (pasmo D3 ok. 1500 cm–1).
Opisany rozkład przypomina widmo dla bardzo słabo uwę- glonej substancji organicznej (Kouketsu i in., 2014) lub bituminów stałych o niewielkim stopniu dojrzałości (Jeh- lička i in., 1997, 2003, 2007). W większości analizowa- nych próbek jest widoczne także pasmo w zakresie 1400–
Fig. 3. makroskopowe wykształcenie badanych próbek soli kamiennej Macroscopic features of rock salt samples
1 cm
GRUPA 1/ GROUP 1 GRUPA 2/ GROUP 2 GRUPA 3/ GROUP 3 GRUPA 4/ GROUP 4
1 cm 1 cm 1 cm
1440 cm–1, którego pochodzenie wiązane jest z drganiami charakterystycznymi dla wiązań CH2 (Orange i in., 1995;
Jehlička i in., 2007).
Rozkład widm ramanowskich dla poszczególnych frag- mentów materii organicznej jest zróżnicowany (fig. 6C) przede wszystkim pod względem wysokości siodła. Rozkła-
dy z wyżej położonym siodłem mają wyraźniejsze pasmo 1400–1440 cm–1 oraz bardzo niesymetryczne pasmo D1.
Natomiast pasmo GL posiadające bardziej połogie skrzydło jest charakterystyczne dla wyższych wartości przesunięcia ramanowskiego (powyżej 1600 cm–1). Rozkłady o niższym siodle charakteryzują się bardziej symetrycznymi pasmami
σ [MPa] σ [MPa]
ε
zε
vε
d1ε
d2ε ε
–0,02 –0,01 0 0,01 0,02 0,03 –0,03 –0,02 –0,01 0 0,01 0,02
20
16
12
8
4
25
20
15
10
5
σ [MPa] σ [MPa]
ε
zε
vε
d1ε
d2ε ε
–0,02 –0,01 0 0,01 0,02 0,03 –0,03 –0,02 –0,01 0 0,01 0,02
20
16
12
8
4
25
20
15
10
5
Fig. 4. charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa badanych grup próbek
A – grupa 3; B – grupa 4; εz – odkształcenia podłużne; εv – odkształcenia objętościowe; εd1, εd2 – odkształcenia poprzeczne Stress-strain characteristics of samples
A – group 3; B – group 4; εz – axial strain; εv – volumetric strain; εd1, εd2 – transverse strain
Zawartość części nierozpuszczlnych [% wag.] Content of insoluble parts [wt. %]
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
15,00 17,00 19,00 21,00 23,00 25,00 27,00 29,00 31,00 33,00 35,00 Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie [MPa]
Uniaxial compressive strength [MPa]
Fig. 5. Korelacja między zawartością części nierozpuszczalnych a wytrzymałością na ściskanie Correlation between the content of insoluble parts and the uniaxial compressive strength
A B
D1 i GL (fig. 6C) oraz niewidocznym lub słabo zaznaczają- cym się pasmem 1400–1440 cm–1. Opisane różnice sugerują różny stopień przeobrażenia materii organicznej.
Rozkłady widm ramanowskich na cztery podstawowe pasma według procedury zaproponowanej przez Kouketsu i in. (2014) wykazały, że dla widm o wysokim siodle są one niejednoznaczne i trudne do przeprowadzenia. W przypadku widm o niższym siodle i symetrycznych pasmach GL i D1 rozkłady są bardziej jednoznaczne, a obliczone temperatury mieszczą się w przedziale 74–154°C (tab. 3).
W omawianych grupach próbek soli zawartość części nierozpuszczalnych w wodzie jest na podobnym poziomie.
Próbki różnią się sposobem rozmieszczenia zanieczyszczeń, głównie anhydrytu i inkluzji fluidalnych. Rozmieszczenie anhydrytu w grupie skał o najniższej wytrzymałości jest równomierne, tworzy on smugi luźno ułożonych kryształów (fig. 6D). Z kolei w grupie skał o najwyższych parametrach wytrzymałościowych anhydryt jest skupiony na granicach
kryształów halitu, tworząc otoczkę, podczas gdy wewnętrz- ne części kryształów halitu są czyste (fig. 7A).
W obu grupach skał nie stwierdzono występowania nawet reliktów zespołów inkluzji pierwotnych a jedynie wtórnych, które są częściej spotkane w grupie 3 niż 4. Zespoły tesą zbu- dowane z inkluzji o różnych kształtach i rozmiarach od kilku do ponad 100 µm. Kształt mniejszych inkluzji jest regular- ny, sześcienny i tworzą one zespoły o krótkich przebiegach, często nieco falistych (fig. 7B). Większe inkluzje o zarysach nieregularnych, obłych, wchodzą w skład zespołów o dłuż- szych, bardzo nieregularnych przebiegach, często gwałtow- nie zanikających (fig. 7B). Opisane inkluzje należą do grupy gazowych lub ciekło-gazowych z wyraźną przewagą gazu.
Najrzadziej spotykane są zespoły inkluzji bardzo silnie wydłużonych, rurkowatych o długościach dochodzących do ponad 200 µm (fig. 7C). Inkluzje tego typu są ze sobą połączone w formie sieci. Przeważnie są ciekłe lub ciekło gazowe o zmiennych proporcjach faz. Przebiegi tego typu
Fig. 6. a. automorficzne kryształy anhydrytu z brązowymi skupieniami na powierzchni. b. Skupienie kryształów anhydrytu o obłych zarysach. c. przykładowe widma ramanowskie brązowych skupień na granicach kryształów anhydrytu.
d. Kryształy anhydrytu (a) i zespoły inkluzji fluidalnych (i) w solach z grupy 3
A. Automorphic anhydrite crystals with brown accumulations on the surface. B. Accumulations of anhydrite crystals rounded in shape.
C. Selected Raman spectra of brown accumulations along anhydrite crystal boundaries.
D. Anhydrite (A) crystals and groups of fluid inclusions (I) in salt from group 3
1500 1400 1300 1600
1700
1800 1200 1100
Raman shift cm-1
K9_01 K3_08 K3_06
Raman Intensity (a.u.)
A
C
B
D
0,2 mm 0,2 mm
0,2 mm
Fig. 7. a. nagromadzenia anhydrytu (a) rozmieszczone na granicach kryształów halitu. b. Zespoły inkluzji fluidalnych złożone z bardzo małych inkluzji oraz większych o nieregularnych zarysach. c. Zespół rurkowatych inkluzji o różnych proporcjach fazy
gazowej do ciekłej. d. inkluzje na granicach kryształów halitu
A. Accumulations of anhydrite (A) distributed along halite crystal boundaries. B. Groups of fluid inclusions consisting of small inclu- sions and larger irregular inclusions. C. Group of tube shaped inclusions with different ratios of gas to liquid phase.
D. Inclusions along halite crystal boundaries
tabela 3 Wartości szerokości połówkowych i obliczona temperatura przeobrażeń materii organicznej
wg procedury Kouketsu i in. (2014)
Values of full width at half maximum (FWHM) and calculated temperature of organic matter according to Kouketsu et al. (2014)
Nr próbki
Szerokość połówkowa (FWHM)
Temp. [°C]
(ok. 1250 cmD4 –1) D1
(ok. 1350 cm–1) D3
(ok. 1500 cm–1) G (ok. 1600 cm–1)
K3_04 162,94 173,35 192,66 62,21 105,30
K3_06 197,15 159,57 225,25 67,66 134,93
K3_07 131,91 150,71 261,04 58,75 153,97
K3_08 122,50 187,87 300,00 58,76 74,09
K3_09 100,48 172,06 247,14 64,93 108,07
K3_10 86,77 185,45 140,96 71,92 79,28
K3_11 96,71 181,79 205,91 67,96 87,15
K3_29 145,75 159,40 188,90 65,96 135,28
A
C
B
D
0,2 mm 0,2 mm
0,5 mm 0,5 mm
zespołów są prostoliniowe i przecinającą cały kryształ halitu.
W grupie 3 także przeważają inkluzje zgromadzone na granicach kryształów halitu (fig. 7D). Posiadają one zarysy nieregularne i są one silnie spłaszczone. Są to inkluzje cie- kłe, rzadziej ciekło-gazowe o zmiennych proporcjach faz.
W próbkach z grupy 3 analiza ramanowska wykazała obecność węglowodorów w formie cienkich błon rozmiesz-
czonych wzdłuż granic kryształów halitu (fig. 8A). W wid- mie ramanowskim wspomniane węglowodory charakteryzu- ją się intensywną grupą pasm w zakresie 2800–3000 cm–1 (fig. 8B) pochodzących od symetrycznych i asymetrycznych drgań grup CH2, CH3 (Orange i in., 1996; Larkin, 2011).
Widoczne jest także szerokie pasmo ok. 1445 cm–1, które jest przypisywane drganiom nożycowym grupy CH2 w alkanach i cykloalkanach (Orange i in., 1996).
Wnioski i DyskusjA Analizowane próbki można sklasyfikować jako sole
o wyższej (grupa 4) i niższej (grupa 3) wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie w porównaniu z solami kamiennymi formacji cechsztyńskiej. Wyższe wartości wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie (niż pomierzone dla próbek soli z grupy 4) zanotowano dla soli drobnoziarnistych ze złóż Góra i Lubień Kujawski (Flisiak, 2008; Grzybowski i in., 2008). Natomiast wartości na tym samym poziomie lub niż- sze zarejestrowano dla soli grubokrystalicznych z wysadów Góra i Mogilno (Flisiak, 2008; Grzybowski i in., 2008). War- tości modułu Younga czy liczby Poissona dla wymienionych soli są zróżnicowane. Przeprowadzone badania soli cechsz- tyńskich mogą wskazywać na związek (tab. 1 i 2) między wielkością ziaren a zawartością zanieczyszczeń z parametra- mi wytrzymałościowymi (Flisiak, 2004, 2008; Grzybowski i in., 2008; Kłeczek, Zeljaś, 2012).
Przeprowadzone wstępne obserwacje soli kamien- nej z LGOM wskazują, że w przypadku soli o niewielkim stopniu zanieczyszczenia (zawartość domieszek 0,13–
2,11% wag.) nie obserwuje się korelacji między zawartością części nierozpuszczalnych w wodzie a parametrami wytrzy- małościowymi. Stwierdzono natomiast związek właściwości wytrzymałościowych z cechami petrologicznymi, tj. sposo- bem rozmieszczenia zanieczyszczeń oraz obecnością inklu-
zji fluidalnych i węglowodorów. Występowanie anhydrytu w formie otoczek na granicach kryształów halitu może po- wodować wzrost wytrzymałości skały. W testach wytrzyma- łości na jednoosiowe ściskanie spękania i odspojenia tworzą się na granicach kryształów, ponieważ poślizgi wzdłuż tych granic są jednym z głównych mechanizmów deformacji soli kamiennej (Liang i in., 2012). Z kolei występowanie inkluzji fluidalnych i węglowodorów na granicach kryształów halitu może przyczyniać się do obniżenia wytrzymałości badanych próbek. Natomiast obecność anhydrytu w obrębie kryształów halitu może wpływać na powstawanie mikrospękań, których propagacja przyczynia się do zniszczenia próbki (Jie i in., 2015).
Analizowane sole wykazują wiele cech soli zrekrysta- lizowanych. Podstawową cechą wskazującą na znaczne przeobrażenia jest brak inkluzji pierwotnych, powszechnie występujących w formie szewronów czy hopper kryształów w halicie powstającym na drodze sedymentacyjnej (Roedder, 1984; Galamay i in., 1997; Kovalevich, 1997; Kovalevich, Petrichenko, 1997; Kovalevich i in., 2000; Kovalevych, Vo- vnyuk, 2010;). Brak inkluzji pierwotnych wskazuje, że sole te uległy całkowitej rekrystalizacji, a pierwotne solanki za- warte w inkluzjach zostały wyciśnięte i uruchomione, sprzy- jając tym samym rozpuszczaniu i ponownej krystalizacji ha- Fig. 8. a. granica kryształów halitu z węglowodorami. b. Widmo ramanowskie węglowodorów z granicy kryształów halitu
A. Hydrocarbons along halite crystal boundaries. B. Raman spectrum of hydrocarbons which occur along crystal boundaries
A
2000 1500 2000
3000 1000 500
Raman shift cm–1
Raman Intensity (a.u.) 1445
B
0,2 mm
litu. Charakterystycznie wykształcone inkluzje występujące na granicach kryształów halitu świadczą, że proces migracji granic ziarn (Den Brok i in., 1999) miał także istotne zna- czenie dla rozwoju skał solnych i wraz z procesem rekrysta- lizacji zachodził pod znacznym ciśnieniem.
Innym czynnikiem, który wpłynął na cechy skał solnych był udział fluidów zewnętrznych migrujących przez for- mację solonośną. O ich oddziaływaniu świadczy obecność materii organicznej występującej głównie na kryształach
anhydrytu i wykazującej niewielki stopień przeobrażenia.
Temperatura oszacowana w oparciu o stopień uporządkowa- nia materii organicznej (Kouketsu i in., 2014) była zmienna i sięgała do 150°C, co sugeruje udział niskotemperaturo- wych roztworów hydrotermalnych.
Praca została wykonana w ramach badań statutowych Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie nr 11.11.140.320 i 11.11.100.197
LiterAturA
AOYA M., KOUKETSU Y., ENDO S., SHIMIZU H., MIZUKAMI T., NAKAMURA D.,WALLIS S., 2010 — Extending the applica- bility of the Raman carbonaceous-material geothermometer using data from contact metamorphic rocks. J. Metamorph.
Geol., 28: 895–914.
BANASZAK A., GARLICKI A., MARKIEWICZ A., 2007 — Bu- dowa geologiczna złoża najstarszej soli kamiennej Kazimie- rzów w OG Sieroszowice I (kopalnia Polkowice-Sieroszowi- ce). Gosp. Sur. Miner., 23: 9–20.
BEREST P., GHOREYCHI M., HADJ-HASSEN F., TIJANI M. (red.), 2012 — Mechanical Behavior of Salt VII. Taylor
& Francis Group, London.
BEYSSAC O., GOFFÉ B., CHOPIN C., ROUZAUD J.N., 2002 — Raman spectra of carbonaceous material in metasediments:
a new geothermometer. J. Metamorph. Geol., 20: 859–871.
BEYSSAC O., GOFFÉ B., PETITETB J.-P., FROIGNEUXC E., MOREAUC M., ROUZAUD J.N., 2003 — On the characte- rization of disordered and heterogeneous carbonaceous mate- rials by Raman spectroscopy. Spectrochim. Acta, Part A: Mo- lecular and Biomolecular Spectroscopy, 59, 10: 2267–2276.
CARTER N.L., HANSEN F.D., 1983 — Creep of rocksalt. Tecto- nophysics, 92: 275–333.
CARTER N.L., HORSEMAN S.T., RUSSEL J.E., HANDIN J., 1993 — Rheology of rock salt. J. Struct. Geol., 15: 1257–
1271.
CYRAN K., 2008 — Tektonika mioceńskich złóż soli w Polsce [pr. doktor.]. Archiwum AGH, Wydział GGiOŚ.
DADLEZ R., MAREK S., POKORSKI J., 2000 — Mapa geolo- giczna Polski bez utworów kenozoiku. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
DEN BROK B., ZAHID M., PASSCHIER C.W., 1999 — Stress induced grain boundary migration in very soluble brittle salt.
J. Struct. Geol., 21: 147–151.
DESBOIS G., URAI J.L., DE BRESSER J.H.P., 2012 — Fluid di- stribution in grain boundaries of natural fine-grained rock salt deformed at low differential stress (Qom Kuh salt fountain, central Iran): Implications for rheology and transport proper- ties. J. Struct. Geol., 43: 128–143.
DRURY M., URAI J., 1990 — Deformation-related recrystalliza- tion processes. Tectonophysics, 172: 235–253.
DÜSTERLOH U., LUX K.H., 2010 — Some geomechanical aspects of compressed air energy storage (CAES) in salt ca- verns. W: SMRI Fall 2010 Technical Conference, 3–6 October 2010, Leipzig, Germany.
FLISIAK D., 2004 — Przydatność prób krótkotrwałego pełzania soli kamiennej z wysadu Dębiny do zagadnień praktycznych.
W: Problematyka zagrożeń naturalnych w górnictwie węgla brunatnego (red. E. Pilecka). Bełchatów, 2–4 czerwca 2004:
623–632. Wydaw. IGSMiE PAN, Kraków.
FLISIAK D., 2008 — Laboratoryjne badania właściwości geome- chanicznych soli kamiennej z wybranych złóż cechsztyńskich.
Gosp. Sur. Miner., 24, 3/2: 121–240.
FLISIAK D., CYRAN K., 2008 — Wpływ petrologii i zaangażo- wania tektonicznego na własności mechaniczne mioceńskiech soli kamiennych. Biul. Państw. Inst. Geol., 429: 3–14.
FLISIAK D., KOLANO M., 2012 — Research on geo-mechanical properties of rock salt in Kłodawa diaper. AGH Journal of Mi- ning and Geoengineering, 36, 2: 145–152.
FOSSUM A.F., BRODSKYw N.S., CHAN K.S., 1993 — Experi- mental evaluation of a constitutive model for inelastic flow and damage evolution in solids subjected to triaxial compression.
Int. J. Rock Mech. Min, Sci. Geomech. Abstr., 30: 1341–1344.
GALAMAY A.R., BUKOWSKI K., PRZYBYŁO J., 1997 — Che- mical composition and origin of brines in the Badenian evapo- rite basin of the Carpathian Foredeep: fluid inclusion data from Wieliczka (Poland). Slovak Geol. Mag., 3, 2: 165–171.
GARLICKI A., KIJEWSKI P., SZYBIST A., JAMRÓZ J., MAR- KIEWICZ A., 2007 — Sól kamienna na obszarze przedsudec- kiem. W: Monografia KGHM Polska Miedź S.A.: 269–277.
Lubin.
GRZYBOWSKI Ł., WILKOSZ P., FLISIAK D., 2008 — Wła- ściwości mechaniczne cechsztynskich skał solnych z wysadu Mogilno. Gosp. Sur. Min., 24, 3/2: 141–157.
HUNSCHE U., HAMPEL A., 1999 — Rock salt — The mechani- cal properties of the host rock material for a radioactive waste repository. Eng. Geol., 52: 271–291.
HUNSCHE U., MINGERZAHN G., SCHULZE O., 1996 — The influence of textural parameters and mineralogical composi- tion on the creep behavior of rock salt. W: The Mechanical Be- havior of Salt III, Proc. Third Conf., Palaiseau (France) 1993 (red. M. Ghoreychi et al.): 143–151. Trans Tech Publications, Clausthal.
JEHLIČKA J., BÉNY C., ROUZAUD J.N., 1997 — Raman Mi- crospectrometry of Accumulated Non-Graphitized Solid Bitu- mens. J. Raman Spectrosc., 28: 717–724.
JEHLIČKA J., URBAN O., POKORNÝ J., 2003 — Raman spec- troscopy of carbon and solid bitumens in sedimentary and me- tamorphic rocks. Spectrochim. Acta, Part A, 59: 2341–2352.
JEHLIČKA J., EDWARDS H.G.M., VILLAR S.E.J., 2007 — Raman spectroscopy of natural accumulated paraffins from rocks: Evenkite, ozokerite and hatchetine. Spectrochim. Acta, Part A, 68: 1143–1148.
JIE C., ZHANG J., REN S., LI L., YIN L., 2015 — Determination of damage constitutive behaviour for rock salt under uniaxial compress ion condition with acoustic emission. The Open Civil Engineering Journal, 9: 75–81.
KIJEWSKI P., 1986 — Budowa i właściwości soli kamiennej naj- starszej w cechsztynie monokliny przedsudeckiej [pr. doktor.].
Archiwum Instytutu Górnictwa, Politechnika Wrocławska, Wrocław.
KIJEWSKI P., SALSKI W., 1978 — Cechsztyńska sól kamienna cyklotemu Z1 w południowo-zachodniej części monokliny przedsudeckiej. Geol. Sudet., 13, 1: 97–134.
KŁAPCIŃSKI J., 1964a — Paleogeografia cechsztynu mono- kliny przedsudeckiej (Paleogeographical characteristics of the Zechstein of the Fore-Sudetic Monocline (in Polish with English summary). Rocz. Pol. Tow. Geol., 34, 4: 551–577.
KŁAPCIŃSKI J., 1964b — Stratygrafia cechsztynu okolic Lubina, Sieroszowic i Wschowy (Stratigraphy of the Zechstein in the areas of Lubin, Sieroszowice and Wschowa). Rocz. Pol. Tow.
Geol., 34, 1/2: 65–93.
KŁECZEK Z., ZELJAŚ D., 2012 — Naukowe podstawy i praktyczne zasady budowy w Polsce podziemnego składowiska odpadów niebezpiecznych. Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice.
KOLANO M., FLISIAK D., 2013 — Comparison of geo- mechanical properties of white rock salt and pink rock salt in Kłodawa salt diapir. Studia Geotechnica et Mechanica, 35, 1:
119–127.
KOVALEVICH V.M., 1997 — Inkluzje fluidalne w soli kamiennej z Bochni. Prz. Geol., 45, 8: 822–825.
KOVALEVICH V.M., PETRICHENKO O.I., 1997 — Chemical composition of brines in Miocene evaporite basins of the Carpathian region. Slovak Geol. Mag., 3, 3: 173–180.
KOVALEVYCH V., VOVNYUK S., 2010 — Fluid inclusions in halite from marine salt deposits: are they real micro-droplets of ancient seawater? Geol. Quart., 54, 4: 401–410.
KOVALEVYCH V.M., CZAPOWSKI G., HAŁAS ST., PERYT T.M., 2000 — Chemiczna ewolucja solanek cechsztyńskich basenów ewaporatowych Polski: badania inkluzji fluidalnych w halicie z poziomów soli Na1-Na4. Prz. Geol., 48, 5: 448–
KOUKETSU Y., NISHIYAMA T., IKEDA T., ENAMI M., 2014 — 454.
Evaluation of residual pressure in an inclusion–host system using negative frequency shift of quartz Raman spectra. Amer.
Miner., 99: 433–442.
LAHFID A., BEYSSAC O., DEVILLE E., NEGRO F., CHOPIN C., GOFFÉ B., 2010 — Evolution of the Raman spectrum of carbonaceous material in low-grade metasediments of the Glarus Alps (Switzerland). Terra Nova, 22: 354–360.
LANGER M., 1993 — Use of solution-mined caverns in salt for oil and gas storage and toxic waste disposal in Germany. Eng.
Geol., 35: 183–190.
LARKIN P., 2011 — Infrared and Raman Spectroscopy. Elsevier, San Diego, USA.
LIANG W., ZHANG C., GAO H., YANG X., XU S., ZHAO Y., 2012 — Experiments on mechanical properties of salt rocks under cycling loading. J. Rock Mech. Geotech. Eng., 4, 1:
54–61.
LÜNSDORF N.K., DUNKL I., SCHMIDT B.C., RANTITSCH G., VON EYNATTEN H., 2014 — Towards a higher comparability of geothermometric data obtained by Raman spectroscopy of carbonaceous material. Part 1: evaluation of biasing factors. Geostand. Geoanal. Res., 38: 73–94.
LÜNSDORF N.K., 2016 — Raman spectroscopy of dispersed vitrinite Methodical aspects and correlation with reflectance.
Int. J. Coal Geol., 153: 75–86.
MARKIEWICZ A., 2007 — Naskórkowa struktura południowej części monokliny przedsudeckiej a zagospodarowanie utworów najstarszej soli kamiennej (Na1). Gosp. Sur. Miner., 23: 36–48.
MARKIEWICZ A., MANTKE M., 1990 — Spawozdanie z badań geologicznych w trakcie zgłębiania szybu SG 1. Prace ZBiPM
„Cuprum” (archiwum), Wrocław.
MARKIEWICZ A., ŻELAŹNIEWICZ A., 1990 — Wewnętrzna tektonika pokładu soli kamiennej dla potrzeb stateczności wyrobisk górniczych i mechaniki górotworu. Prace ZBiPM
„Cuprum” (archiwum), Wrocław.
MARKIEWICZ A., CZAPOWSKI G., TOMASSI-MORAWIEC H., KOZULA R., PIÓREWICZ R., KUDEŁKO J., KORZEKWA W., 2002 — Określenie zakresu zmian w projekcie geologicznych prac rozpoznawczych w złożu soli kamiennej „Kazimierzów”
w celu realizacji koncepcji jego zagospodarowania. Prace CBPM „Cuprum” (archiwum), Wrocław.
MORIYA H., FUJITA T., NIITSUM H., 2006 — Analysis of fracture propagation behaviour using hydraulically induced acoustic emissions in the Bernburg salt mine, Germany. Int.
J. Rock Mech. Min., 43, 6: 49–57.
ORANGE D., KNITILE E., FARBER D., QUENTIN W., 1996
— Raman spectroscopy of crude oils and hydrocarbon fluid inclusions: A feasibility study. W: Mineral spectroscopy – A tribute to Roger G. Burns (red. M.D. Dyar et al.).
Geochemical Society Special Publication, 5: 65–81.
PERRY K.F., 2005 –Natural gas storage industry experience and technology: potential application to CO2 geological storage.
W: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations: 815–825. Elsevier Science, Amsterdam.
PERYT T.M., 1981 — Zechstein in the neighbourhood of the Fore-Sudetic Block (in Polish with English summary). Kwart.
Geol., 25, 1: 75–91.
PERYT T.M., OSZCZEPALSKI S., 2007 — Stratygrafia serii złożowej. W: Monografia KGHM Polska Miedź S.A. (red.
A. Piestrzyński) 108–115. Lubin.
POBORSKI J., 1976 — Możliwości drążenie wyrobisk chodnikowych w pokładzie solnym pod złożem
„Sieroszowice”. Archiwum Zakładu Złóż Soli i Surowców Chemicznych AGH, Kraków.
POKORSKI J., WAGNER R., 1995 — Sedimentary and development of the Polish Basin. W: Upper Rotliegend – Zechstein: Terrestrial – Marine Sedimentary Succession in Polish Permian Basin. XIII International Congress on Carboniferous and Permian Series, August 28 – September 2, 1995, Guide to Excursion A3 (red. J. Małecka): 7–22. Kraków, Poland.
POPP T., KERN H., 2000 — Monitoring the state of microfracturing in rock salt during deformation by combined measurements of permeability and P- and S- wave velocities. Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy, 2:
POPP T., KERN H., SCHULZE O., 2001 — Evolution of 149.
dilatancy and permeability in rock salt during hydrostatic compaction and triaxial deformation. J. Geoph. Res., 106, doi. 10.1029/2000JB900381.
POUYA A., 1991 — Correlation between mechanical behaviour and petrological properties of rock salt. W: Proceedings of 32nd US symposium on rock mechanics (red. J.C. Roegiers):
385–92. Balkema, Rotterdam.
RAHL J.M., ANDERSON K.M., BRANDON M.T., FASSOULAS C., 2005 — Raman spectroscopic carbonaceous material thermometry of low-grade metamorphic rocks: Calibration and application to tectonic exhumation in Crete, Greece. Earth Planet. Sci. Lett., 240: 339–354.
ROEDDER E., 1984 — The fluid in salt. Amer. Miner., 69: 413–
439.
RYKA W., 1978 — Rotliegendes volcanic rocks in Poland.
Prz. Geol., 26, 12: 694–697.
SCHLÉDER Z., URAI J.L., 2005 — Microstructural evolution of deformation-modified primary halite from the Middle Triassic Röt Formation at Hengelo, The Netherlands. Int. J. Earth Sci., 94: 941–955.
SCHLÉDER Z., URAI J.L., 2007 — Deformation and recrystallization mechanisms in mylonitic shear zones in naturally deformed extrusive Eocenee Oligocene rock salt from Eyvanekey plateau and Garmsar hills (central Iran).
J. Struc. Geol., 29: 241–255.
SCHULZE O., POPP T., KERN H., 2001 — Development of damage and permeability in deforming rock salt. Eng. Geol., 61: 163–180.
SZYBIST A., 1976 — Złoże soli kamiennej w Legnicko-Głogow- skim Okręgu Miedziowym. Prz. Geol., 24, 10: 572–576.
TOBOŁA T., 2014 — The influence of tectonics on petrological characteristics of anhydrite and anhydrite-halite intercalations in the Oldest Halite (Na1) (Zechstein, Upper Permian) of the Bądzów area (SW Poland). Geol. Quart., 58, 3: 531–542.
TOBOŁA T., MARKIEWICZ A., 2009 — Wstępne wyniki badań inkluzji fluidalnych z najstarszej soli kamiennej Na1 w rejonie Głogowa (SW Polska). Fluid inclusions in Oldest Halite (Na1) in Głogów area (SW Poland) – preliminary results. Kwartalnik AGH Geologia, 35, 3: 349–371.
ZONG X., YANG C., ZUO J., XU J., JI G., 2012 — Effect of impurity content on elastic modulus and Poisson ratio of salt rock. Appl. Mech. Mater., 204: 467–470.
Summary Different petrological features, including the type and content of impurities, have an impact on mechanical proper- ties of rock salt. However, detailed description of this im- pact as well as the influence of impurities on the deformation mechanism have not been determined and require further research.
In this paper, an attempt to find a correlation between the impurities content and mechanical parameters of rock salt from the LGOM area was undertaken. In order to determine this correlation the research was carried out in three steps:
– Stage 1 – uniaxial compression tests, elastic parameters calculation (Young’s modulus, Poisson’s ratio);
– Stage 2 – determination of the content of insoluble mine- rals (impurities) in samples tested in stage 1;
– Stage 3 – observations under the microscope, and Raman microspectroscopy.
Salt samples (taken near the SW-4 shaft, depth 1078–
1135 m b.g.l.) selected for uniaxial compression tests were divided into four groups based on macroscopic features such as grain size, colour and presence of impurities:
– Group 1 – white-grey rock salt, medium-grained, locally fine-grained, single grains contain impurities of (proba- bly) claystone; single (probably) claystone laminae occur;
– Group 2 – white-grey rock salt, medium- to fine-grained, single grains contain impurities of (probably) claystone;
– Group 3 – white-grey rock salt, medium-grained, locally coarse-grained, single grains contain impurities of (pro- bably) claystone;
– Group 4 – grey rock salt, coarse-grained, locally me- dium-grained, single (probably) claystone laminae occur.
In laboratory tests, the highest value of uniaxial com- pressive strength was recorded for samples from group 4 (30.57–33.63 MPa). The lowest value was measured for samples from group 3 (16.31–19.38 MPa). Samples from groups 1 and 2 are characterized by uniaxial compressive strength at a similar level (20.87–27.52 MPa).
Studied samples are characterized by a low content of insoluble minerals (0.13–2.11% wt). The highest average content of insoluble parts was determined for samples from group 4 (1.43% wt) and the lowest one for samples from group 2 (0.58% wt). Consequently, the results revealed that there is no correlation between the mechanical properties and the content of impurities in these samples.
In the third step, samples from the groups distinguished by the highest and the lowest values of uniaxial compressive strength (recorded in stage 1) were selected for microscopic observations and Raman microspectrometry. These observa- tions show that mechanical properties of the salt depend on both the distribution of impurities in halite crystals and pres- ence of fluid inclusions and hydrocarbons along the crystals boundaries. Moreover, the distribution of anhydrite along the edges of halite crystals may influence an increase of the rock salt strength. On the contrary, the presence of fluid in- clusions and hydrocarbons along the halite crystal bounda- ries may reduce the rock salt strength.
